《流体力学与设备》课程教学大纲 Fluid Mechanics and Equipment

《流体力学与设备》教学大纲 基本信息 课程编码:01A3220I 课程名称:流体力学与设备 英文名称: Fluid Mechanics and Equipment 课程类型:□通识必修课□通识核心课□通识选修课口学科基础课 口专业基础课■专业必修课口专业选修课口实践环节 总学时:44讲课学时:36实验学时:8 学分:2.5 适用对象:材料科学与工程专业本科生 先修课程:高等数学,工程数学,大学物理,机械设计基础 课程负责人:沈远胜 二、课程的性质与作用 《流体力学与设备》是材料科学与工程专业的一门专业必修课,分上、下篇。上篇的任务是阐明流体 基本性质,流体静力学和动力学基本特征、分析方法,描述之的数学模型,阻力的分类以及计算方法。下 篇的任务是阐明输送流体的流体杋械特性,主要说明泵,或者风机的性能特性,管道的性能特性,流体机 械是如何工作,以及一些注意事项。通过学习,学生对流体的基本性能,运动特性,如何计算,泵与风机 的工作特性有全面系统的理解,为今后生产实践和科学实验中运用该设备奠定理论和技术基础。 教学目标 通过本课程学习,使学生掌握流体静力学和动力学基本知识,学会针对具体流体问题建立描述之的数 学模型,并求解。针对工程需要,学会如何选泵,或者风机,以及操作中应该注意的事项。学会基本的维 护技能。 课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系 1、掌握描述流体|2、掌握流体动力学|3、了解泵、风机 课程目标特性的基本概念,基本知识,并运用窑炉的基本组成 流体静力学的基基本知识解释和解|作原理以及选泵的 本变量,计算一般决工作中遇到的流工程技巧 流体静力学问题体动力学和传热中 的问题 毕业要求指标点

《流体力学与设备》教学大纲 基本信息 课程编码：01A32201 课程名称：流体力学与设备 英文名称：Fluid Mechanics and Equipment 课程类型：□通识必修课 □通识核心课 □通识选修课 □学科基础课 □专业基础课 ■专业必修课 □专业选修课 □实践环节 总学时：44 讲课学时：36 实验学时：8 学分：2.5 适用对象：材料科学与工程专业本科生 先修课程：高等数学，工程数学，大学物理，机械设计基础 课程负责人：沈远胜 二、课程的性质与作用 《流体力学与设备》是材料科学与工程专业的一门专业必修课，分上、下篇。上篇的任务是阐明流体 基本性质，流体静力学和动力学基本特征、分析方法，描述之的数学模型，阻力的分类以及计算方法。下 篇的任务是阐明输送流体的流体机械特性，主要说明泵，或者风机的性能特性，管道的性能特性，流体机 械是如何工作，以及一些注意事项。通过学习，学生对流体的基本性能，运动特性，如何计算，泵与风机 的工作特性有全面系统的理解，为今后生产实践和科学实验中运用该设备奠定理论和技术基础。 三、教学目标 通过本课程学习，使学生掌握流体静力学和动力学基本知识，学会针对具体流体问题建立描述之的数 学模型，并求解。针对工程需要，学会如何选泵，或者风机，以及操作中应该注意的事项。学会基本的维 护技能。 课程目标与相关毕业要求指标点的对应关系 课程目标 毕业要求指标点 1、掌握描述流体 特性的基本概念， 流体静力学的基 本变量，计算一般 流体静力学问题 2、掌握流体动力学 基本知识，并运用 基本知识解释和解 决工作中遇到的流 体动力学和传热中 的问题 3、了解泵、风机、 窑炉的基本组成、工 作原理以及选泵的 工程技巧

1-2能针对一个系 统或过程,建立合适|能针对二个系统成过 的数学模型或原理方型成原理方程,并利用 程,并利用恰当的边恰当的边界条件求解 界条件求解 1-3能够运用原理 方程和工程知识,针能够运用工程知识表达 对材料生产过程中的酱炉系统复杂工况,分 析材料生产过程中相关 单元装备进行复杂工|问题 程问题分析 2-1.能够分析材料 合成与制备过程中的运用该课程知识,分析 工程问题,识别和判窑炉内部流体流动情 况,判别它对产品质量 断影响产品质量的关|的影响 键因素 2-2.能够运用工程 知识表达窑炉系统复|运用该课知识,分析 杂工况,分析材料生动特点,对生产的影响。 产过程中相关问题 32能够针对任务在设计与此有关的工艺 需要,进行单元装备 和设备时,正确选取核 设计和工艺计算 心点,得出适合要求的 流体运动数据 四、教学内容及要求 上篇流体力学 第一章绪论 主要内容 (1)流体的定义及特征 (2)流体力学的研究对象及在工程上的应用 (3)作用在流体的力 ①表面力;②质量力 (4)流体的主要物理特性 ①密度;②压缩性与膨胀性;③粘性。 (5)流体的连续介质模型 要求: (1)使学生了解流体力学主要研究方法,要求学生掌握流体的基本特性。 教学重点和难点: (1)重点:流体基本特性和研究方法。 (2)难点:影响流体粘度的主要因素 第二章流体静力学 主要内容

1-2.能针对一个系 统或过程，建立合适 的数学模型或原理方 程，并利用恰当的边 界条件求解 能针对一个系统或过 程，建立合适的数学模 型或原理方程，并利用 恰当的边界条件求解 √ 1-3.能够运用原理 方程和工程知识，针 对材料生产过程中的 单元装备进行复杂工 程问题分析 能够运用工程知识表达 窑炉系统复杂工况，分 析材料生产过程中相关 问题 √ 2-1.能够分析材料 合成与制备过程中的 工程问题，识别和判 断影响产品质量的关 键因素 运用该课程知识，分析 窑炉内部流体流动情 况，判别它对产品质量 的影响 √ 2-2.能够运用工程 知识表达窑炉系统复 杂工况，分析材料生 产过程中相关问题 运用该课知识，分析窑 炉不同温度段流体的流 动特点，对生产的影响。 √ 3-2.能够针对任务 需要，进行单元装备 设计和工艺计算 在设计与此有关的工艺 和设备时，正确选取核 心点，得出适合要求的 流体运动数据。 √ 四、教学内容及要求 上 篇 流体力学 第一章 绪 论 主要内容： （1）流体的定义及特征 （2）流体力学的研究对象及在工程上的应用 （3）作用在流体的力： ① 表面力；② 质量力。 （4）流体的主要物理特性 ① 密度；② 压缩性与膨胀性；③ 粘性。 （5）流体的连续介质模型 要求： （1）使学生了解流体力学主要研究方法，要求学生掌握流体的基本特性。 教学重点和难点： （1）重点：流体基本特性和研究方法。 （2）难点：影响流体粘度的主要因素。 第二章 流体静力学 主要内容：

(1)流体静压强及其特性 (2)流体的平衡微分方程式 (3)流体的静力学基本方程式 (4)静力学基本方程式的应用一一静压测量 (5)实验课1 要求 (1)使学生了解流体静力学主要性质,要求学生掌握描述流体压力的三中表达形式。 教学重点和难点 (1)重点:沿着不同方向,静压力相等的理论解释,等压面概念,绝对压力、相对压力、大气压力之 间的函数关系 (2)难点:欧拉方程 第三章流体动力学 主要内容 (1)流体动力学的基本概念 ①研究方法;②流动的分类;③流线与迹线;④流管:⑤流速;⑥总流:⑦有效截面、平均 流速 (2)流体运动的连续性方程 (3)理想流体的运动微分方程* (4)柏努利方程 (5)柏努利方程的应用 (6)流体的动量方程 要求: (1)使学生了解流体动力学主要特点,要求学生掌握描述流体动力学的三大方程中的两大方程 重点和难点: (1)重点:描述流体运动的两种方法,三大方程。 (2)难点:方程的灵活运用 第四章流动阻力与能量损失 主要内容 (1)沿程损失和局部损失 (2)层流与紊流、雷诺数 (3)圆管中的层流运动* (4)紊流运动的特征和紊流阻力* (5)尼古拉兹实验* (6)非圆管的沿程损失* (7)管道流动的局部损失 (8)实验课2和3

（1）流体静压强及其特性 （2）流体的平衡微分方程式 （3）流体的静力学基本方程式 （4）静力学基本方程式的应用——静压测量 （5）实验课 1 要求： （1）使学生了解流体静力学主要性质，要求学生掌握描述流体压力的三中表达形式。 教学重点和难点： （1）重点：沿着不同方向，静压力相等的理论解释，等压面概念，绝对压力、相对压力、大气压力之 间的函数关系。 （2）难点：欧拉方程。 第三章 流体动力学 主要内容： （1）流体动力学的基本概念 ① 研究方法；② 流动的分类；③ 流线与迹线；④ 流管；⑤ 流速；⑥ 总流；⑦ 有效截面、平均 流速。 （2）流体运动的连续性方程 （3）理想流体的运动微分方程* （4）柏努利方程 （5）柏努利方程的应用 （6） 流体的动量方程 要求： （1）使学生了解流体动力学主要特点，要求学生掌握描述流体动力学的三大方程中的两大方程。 重点和难点： （1）重点：描述流体运动的两种方法，三大方程。 （2）难点：方程的灵活运用。 第四章 流动阻力与能量损失 主要内容： （1）沿程损失和局部损失 （2）层流与紊流、雷诺数 （3）圆管中的层流运动* （4）紊流运动的特征和紊流阻力 * （5）尼古拉兹实验 * （6）非圆管的沿程损失 * （7）管道流动的局部损失 （8）实验课 2 和 3

要求 (1)使学生了解流体阻力分类和产生的原因,要求学生掌握计算阻力的不同方法。 重点和难点 (1)重点:沿程阻力和局部阻力概念的理解和计算。 (2)难点:不同情况下阻力系数计算。 第五章孔口管嘴管路流动 主要内容: (1)孔口自由出流 (2)孔口淹没出流 (3)管嘴出流 (4)简单管路 (5)管路的串联和并联* 要求 (1)使学生了解如何运用流体动力学解决具体问题,要求学生能够运用基本方程解决基本问题 重点和难点: (1)重点:如何运用能量方程解决实际问题。 (2)难点:实际问题的简化 第六章相似原理和因次分析 主要内容 (1)力学相似原理 (2)相似准数 要求: (1)使学生了解相似原理的基本内容,要求学生掌握力学相似原理基本内容。 重点和难点: (1)重点:什么叫力学相似 (2)难点:准数方程的物理意义。 下篇泵与风机 第七章离心式泵与风机的理论基础 主要内容 (1)工作原理和性能参数 (2)离心式泵与风机的基本方程式一一欧拉方程 (3)叶型及其对性能的影响 (4)理论流量-压头曲线和流量-功率曲线 (5)泵与风机的实际性能曲线

要求： （1）使学生了解流体阻力分类和产生的原因，要求学生掌握计算阻力的不同方法。 重点和难点： （1）重点：沿程阻力和局部阻力概念的理解和计算。 （2）难点：不同情况下阻力系数计算。 第五章 孔口管嘴管路流动 主要内容： （1）孔口自由出流 （2）孔口淹没出流 （3）管嘴出流 （4）简单管路 （5）管路的串联和并联* 要求： （1）使学生了解如何运用流体动力学解决具体问题，要求学生能够运用基本方程解决基本问题。 重点和难点： （1）重点：如何运用能量方程解决实际问题。 （2）难点：实际问题的简化。 第六章 相似原理和因次分析 主要内容： （1）力学相似原理 （2）相似准数 要求： （1）使学生了解相似原理的基本内容，要求学生掌握力学相似原理基本内容。 重点和难点： （1）重点：什么叫力学相似。 （2）难点：准数方程的物理意义。 下 篇 泵与风机 第七章 离心式泵与风机的理论基础 主要内容： （1） 工作原理和性能参数 （2） 离心式泵与风机的基本方程式——欧拉方程 （3） 叶型及其对性能的影响 （4） 理论流量-压头曲线和流量-功率曲线 （5） 泵与风机的实际性能曲线

要求 (1)使学生了解泵与风机的基本结构,要求学生掌握泵和风机如何工作及其基本结构特点。 重点和难点: (1)重点:设备结构。 (2)难点:性能曲线。 第八章高心式泵与风机在管路上的工作分析及调节 主要内容 (1)管路特性曲线及工作点 (2)泵与风机的联合工作 (3)离心式泵与风机的工况调节 要求 (1)使学生了解泵与风机的工作点,学会分析工作点稳定与否 重点和难点 (1)重点:工作点分析。 (2)难点:工作点稳定分析 第九章泵或风机的安装方法与选择 [教学目的与要求][教学[授课方法]课堂授课为主,课后网络和自学为辅 [授课内容] 主要内容 第一节高心式泵的构造特点 第二节离心泵正常工作所需附件及养成计算 第三节泵的气蚀与安装高度 第四节离心式风机的构造特点 要求:使学生了解泵与风机的构造特点,水锤问题,气蚀现象,以及防治技术。 重点和难点: (1)重点:设备构造特点和气蚀现象。 (2)难点:气蚀分析。 五、实践环节 本课程为专业必修课,实验演示性实验为主。目的是培养学生熟悉流体静力学和动力学的一些基本特 性。共安排3个实验,总学时8学时 实验一流体静力学实验 实验二流体动力学实验 3学时 实验三雷诺实验

要求： （1）使学生了解泵与风机的基本结构，要求学生掌握泵和风机如何工作及其基本结构特点。 重点和难点： （1）重点： 设备结构。 （2）难点：性能曲线。 第八章 离心式泵与风机在管路上的工作分析及调节 主要内容： （1）管路特性曲线及工作点 （2）泵与风机的联合工作 （3）离心式泵与风机的工况调节 要求： （1）使学生了解泵与风机的工作点，学会分析工作点稳定与否。 重点和难点： （1）重点：工作点分析。 （2）难点：工作点稳定分析。 第九章 泵或风机的安装方法与选择 [教学目的与要求] [教学[授 课 方 法] 课堂授课为主，课后网络和自学为辅。 [授 课 内 容] 主要内容： 第一节 离心式泵的构造特点 第二节 离心泵正常工作所需附件及养成计算 第三节 泵的气蚀与安装高度 第四节 离心式风机的构造特点 要求：使学生了解泵与风机的构造特点，水锤问题，气蚀现象，以及防治技术。 重点和难点： （1）重点：设备构造特点和气蚀现象。 （2）难点：气蚀分析。 五、实践环节 本课程为专业必修课，实验演示性实验为主。目的是培养学生熟悉流体静力学和动力学的一些基本特 性。共安排 3 个实验，总学时 8 学时。 实验一 流体静力学实验 2 学时 实验二 流体动力学实验 3 学时 实验三 雷诺实验 3 学时

六、课外习题及课程讨论 为达到本课程的教学基本要求,课外练习题(自测题)总题量不少于50题。每章结束后应布置作业 作业要求规范整洁,教师要认真批阅,共性的错误下堂课订正。学生必须按时交作业,作为学生平时成绩 的依据之一,三次不交作业者不允许参加考试。 课程讨论穿插在讲课之中进行。 七、教学方法与手段 本课程为专业必修课。教学以课堂讲解为主要,讨论为辅,实验课加深理解其中的概念的特性。课堂 教学要灵活,可采用多媒体课件,努力调动学生的积极性,允许学生课堂提问,提倡课堂讨论。课程内容 应添加相应理论内容的实际应用案例 主讲教师应由讲师以上职务的教师承担,第一次主讲本课程的教师,开课前应通过研究所组织的试讲 任课教师必须熟悉本学时的教学大纲及基本要求,并严格按照教学日历进行课堂教学,不准随意改动。 主讲教师上课前必须有教案,并做到认真备课、精心讲授、努力钻研。应聘请企业专家参与教学活动, 安排适当学时请企业专家授课 八、创新创业教育的内容和措施 结合生产实际需要,以及本学科发展趋势,对学生进行创新方法(或理念、意识等)的培养。结 合近年来本校在材料科学与工程领域所取得的成果,加强对学生创业意识和创新创业能力的培养, 九、各教学环节学时分配 讲课习题课讨论课实验合计对应的课程目标 绪论 目标1、2 流体静力学 6 目标1、2 元流体动力学 233 目标1、2 流动阻力与能量损失 目标1、2 孔口管嘴管路流动 目标1、2 相似性原理和因次分析 目标1、2 叶片式泵与风机的理论基 248422543 72254 目标1、3 叶片式泵与风机在管路上 的工作分析及调节 目标1、3 泵与风机的安装方法与选 目标1、3 习题、讨论 324 目标1、2、3 合计 34 8 十、考核方式 考核方式为平时考核与期末考试相结合方式进行。平时考核包括学生上课、讨论、作业、实验等,占 总成绩的20%40%。期末考试一般采用闭卷形式,卷面成绩100分,占总成绩的60%-80%。详见《流体力

六、课外习题及课程讨论 为达到本课程的教学基本要求，课外练习题（自测题）总题量不少于 50 题。每章结束后应布置作业， 作业要求规范整洁，教师要认真批阅，共性的错误下堂课订正。学生必须按时交作业，作为学生平时成绩 的依据之一，三次不交作业者不允许参加考试。 课程讨论穿插在讲课之中进行。 七、教学方法与手段 本课程为专业必修课。教学以课堂讲解为主要，讨论为辅，实验课加深理解其中的概念的特性。课堂 教学要灵活，可采用多媒体课件，努力调动学生的积极性，允许学生课堂提问，提倡课堂讨论。课程内容 应添加相应理论内容的实际应用案例， 主讲教师应由讲师以上职务的教师承担，第一次主讲本课程的教师，开课前应通过研究所组织的试讲。 任课教师必须熟悉本学时的教学大纲及基本要求，并严格按照教学日历进行课堂教学，不准随意改动。 主讲教师上课前必须有教案，并做到认真备课、精心讲授、努力钻研。应聘请企业专家参与教学活动， 安排适当学时请企业专家授课。 八、创新创业教育的内容和措施 如：结合生产实际需要，以及本学科发展趋势，对学生进行创新方法（或理念、意识等）的培养。结 合近年来本校在材料科学与工程领域所取得的成果，加强对学生创业意识和创新创业能力的培养。 九、各教学环节学时分配 章 节 讲课 习题课 讨论课 实验 合计 对应的课程目标 绪论 2     2 目标 1、2 流体静力学 4     2 6 目标 1、2 一元流体动力学 8     3 11 目标 1、2 流动阻力与能量损失 4     3 7 目标 1、2 孔口管嘴管路流动 2     2 目标 1、2 相似性原理和因次分析 2     2 目标 1、2 叶片式泵与风机的理论基 础 5     5 目标 1、3 叶片式泵与风机在管路上 的工作分析及调节 4     4 目标 1、3 泵与风机的安装方法与选 择 3     3 目标 1、3 习题、讨论 1 1 2 目标 1、2、3 合计 34 1 1 8 44 十、考核方式 考核方式为平时考核与期末考试相结合方式进行。平时考核包括学生上课、讨论、作业、实验等，占 总成绩的 20%-40%。期末考试一般采用闭卷形式，卷面成绩 100 分，占总成绩的 60%-80%。详见《流体力

学与设备》考试大纲 考试试题由课程组组织命题小组统一命题,流水阅卷,统一和分,成绩不合格者统一审核处理。 考试前,按学校的统一安排时间进行辅导、答疑,不准划范围,指重点。 十一、推荐教材和教学参考书 1.教材 蔡增基,龙天渝.流体力学与设备[M,第4版.中国建筑工业出版社,2009 2.主要参考书 (1)王宁,李宝祥.流体力学及泵与风机[M],第1版.北京:北京大学出版社,2015 (2)龙天渝,蔡增基.流体力学[M,第2版.北京:中国建筑工业出版社,2013. (3)徐正坦.流体力学M,第1版.化学工业出版社,2007 (4)冯劲梅.流体力学[M],第1版.华中科技大学出版社,2010

学与设备》考试大纲。 考试试题由课程组组织命题小组统一命题，流水阅卷，统一和分，成绩不合格者统一审核处理。 考试前，按学校的统一安排时间进行辅导、答疑，不准划范围，指重点。 十一、推荐教材和教学参考书 1. 教材 蔡增基, 龙天渝. 流体力学与设备[M], 第 4 版. 中国建筑工业出版社, 2009. 2. 主要参考书 （1）王 宁, 李宝祥. 流体力学及泵与风机[M], 第 1 版. 北京:北京大学出版社, 2015. （2）龙天渝, 蔡增基. 流体力学[M], 第 2 版. 北京:中国建筑工业出版社, 2013. （3）徐正坦. 流体力学[M], 第 1 版. 化学工业出版社, 2007. （4）冯劲梅. 流体力学[M], 第 1 版. 华中科技大学出版社, 2010